化工原理精餾習題課

1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當之處，請指正。第一章 蒸餾1、 熟悉氣液平衡方程、精餾段操作線方程、提餾段操作線方程和q線方程的表達形式并能進行計算；2、 能根據(jù)物料進料狀況列出q線方程并用于計算，從而根據(jù)q線方程、進料組成還有氣液平衡方程計算出點（xq，yq），再進一步計算出最小回流比rmin；例如飽和液相進料（泡點進料）時，q線方程式x=xf，即xq=xf；而飽和蒸汽進料時，q線方程式y(tǒng)=xf，即yq=xf。3、 掌握通過質(zhì)量分數(shù)換算成摩爾分數(shù)以及摩爾流量的方法，要特別注意摩爾流量計算時應該用每一個組分的流量乘以它們的摩爾分數(shù)而不是質(zhì)量分數(shù)。習題1：書上p71頁課后習題第5題；分析：本題

2、的考察重點是質(zhì)量分數(shù)與摩爾分數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換大家一定要注意，很多同學在此常會出錯。在此我們采用直接將原料組成和原料流量都轉(zhuǎn)換成摩爾量來進行計算，首先還是先列出所有題目給出的已知量，為了便于區(qū)分，建議大家以后再表示質(zhì)量分數(shù)的時候可以使用w來表示，而表示摩爾分數(shù)時使用x來表示： 根據(jù)題目已知：wf=0.3，f=4000kg/h，ww=0.05，另外還可以知道二硫化碳的分子量mcs2=76，四氯化碳的分子量mccl4=154根據(jù)這些條件可以先將進料和塔底組成轉(zhuǎn)換成摩爾組成 同理可以求出塔底組成 對于原料液的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為摩爾流量有兩種方法，第一種是分別用二硫化碳和四氯化碳各自的質(zhì)量流量除以各自

3、的分子量然后求和，即第二種是用總質(zhì)量流量除以混合物平均分子量，而這種方法也是同學們最容易出錯的地方，因為這里平均分子量應該是用二硫化碳和四氯化碳各自的摩爾分數(shù)乘以各自的分子量后求和，而不是用質(zhì)量分數(shù)乘以各自的分子量求和，這樣是很多同學計算有誤的原因，因此正確的求法是 上面弄正確后，下面的步驟就比較簡單，利用物料衡算以及回收率就可以求出來，方程組如下：上述方程組里面所有的組成都已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟柦M成，所有的流量也都變?yōu)槟柫髁苛耍@樣計算就不會再有問題了。習題2：書上p72頁課后習題第11題；分析：本題的重點實際是要大家掌握最小回流比rmin以及（xq，yq）的求法，根據(jù)公式其中xq，yq之間符合氣

4、液平衡方程式關(guān)系，所以只要知道這兩個其中一個就可以知道另一個，而對于xq，yq可以根據(jù)進料狀況來判定，如我們上面提到過，飽和液相進料（泡點進料）時，q=1，q線方程式x=xf，即xq=xf；而飽和蒸汽進料時，q=0，q線方程式y(tǒng)=xf，即yq=xf。算出xq，yq后代入上面公式就可以求出最小回流比。如果進料狀況不是上面說的飽和液相進料或是飽和蒸汽進料的話，那么應該先根據(jù)書上的公式求出q線方程，然后利用q線方程與精餾段或提餾段（或者不求q線方程而直接用精餾段和提餾段方程）求出二者間的交點坐標，也就是（xq，yq）再求出最小回流比即可。習題3：書上p72頁課后習題第12題；分析：本題是精餾中相對復

5、雜一些的綜合題，包含了分凝器與全凝器的區(qū)別、最小回流比的求解、進料熱狀況的判斷和相關(guān)參數(shù)的求解、氣液平衡方程的求解等等綜合運用。首先要明確分凝器和全凝器之間的區(qū)別，其中分凝器相當于一塊理論塔板，所以上面的氣液相組成仍舊符合氣液平衡方程，而全凝器沒有這個性質(zhì)。所以根據(jù)題目首先還是列出已知條件（提醒：大家在讀題的時候一定要注意題目給出的是質(zhì)量分數(shù)還是摩爾分數(shù)，本題是摩爾分數(shù)相對比較簡單，如果是質(zhì)量分數(shù)的話一定要先轉(zhuǎn)換成摩爾分數(shù)）這里大家要注意，因為我們分析知道分凝器相當于一塊塔板，但是題目中已經(jīng)告訴我們精餾塔塔頂?shù)谝粚影宓囊合嘟M成，所以分凝器的塔板編號就不能是第一塊，而一般我們對塔板編號是從塔頂往

6、塔底編號，所以這里我們就假設(shè)分凝器是第零塊塔板，下標用“0”代替，所以根據(jù)題目來說我們就知道分凝器向塔內(nèi)提供的回流液就是分凝器上的液相組成，而分凝器上的氣相則進入了全凝器，也就是說進一步分析題目，已知是泡點進料，根據(jù)上面幾題分析，可知q=1，q線方程式x=xf，所以由此我們還可以知道以上就是我們根據(jù)題目所知道的條件但是根據(jù)最小回流比的求算公式我們可以知道要求最小回流比還缺少yq，而要求它則必須知道氣液平衡方程，然后代入xq來求解，因此此處最重要的就是求出氣液平衡方程，即：這樣實際上就是要求相對揮發(fā)度，因此必須找到某一塊塔板上符合氣液平衡的氣液相組成數(shù)據(jù)代進這個方程就可以，而從上面分析我們就知道

7、，分凝器上的數(shù)據(jù)恰好符合這一要求，所以把分凝器的數(shù)據(jù)（x0，y0）代入就可以求出，也就是然后把代入上面氣液平衡方程求出yq，再代入最小回流比方程就可以求出最小回流比了。而對于實際操作的回流比r，如果題目告訴了我們它是最小回流比的多少倍，那么根據(jù)倍數(shù)關(guān)系可以直接求出實際回流比，但是這道題目沒有告訴我們具體倍數(shù)，所以實際回流比必須根據(jù)精餾段操作線方程來求，精餾段操作線方程式是：而與氣液平衡方程不同的是，這里面組成坐標（x，y）的不是同一層塔板的數(shù)據(jù)，而是本塊塔板的液相組成x與下一層塔板（從上往下數(shù)）的氣相組成y或者是上一層塔板的液相組成x與本層塔板的氣相組成y之間來組成，這一點區(qū)別大家要牢記，避免

8、計算時出錯。而從題目上我們可以分析指導，我們知道第0塊塔板的組成（x0，y0），另外知道第一塊塔板的液相組成x1，而實際上要求精餾段操作線方程，必須代入的坐標點應該是（x0，y1），所以這里重點是要求y1，而我們知道x1，y1是符合氣液平衡關(guān)系的，所以把x1代入氣液平衡方程就可以求出y1，再把y1和x0代入精餾段操作線方程，就可以求出實際回流比r了。至于進料流量f只要根據(jù)回收率代入相關(guān)公式就可以求得，不再贅述。這道題目相對來說比較具有綜合性，當然還沒有涉及到提餾段方程的求解，另外大家應該熟悉塔內(nèi)精餾段和提餾段氣相和液相流量的關(guān)系，例如精餾段液相流量l=rd，氣相流量v=（r+1）d，而對于本題

9、所涉及的泡點進料我們可以知道，就是飽和液體進料，所以進料全部進入提餾段液相，因此提餾段液相組成l=l+f=rd+f，v=v=（r+1）d1、蒸餾是分離（ ）混合物的單元操作。 a 氣體 b 液體 c 固體 d 剛體。 2、蒸餾是利用各組分的（ ）不同的特性實現(xiàn)分離的目的。 a 溶解度b 等規(guī)度c 揮發(fā)度d 調(diào)和度 3、（ ）是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作的必不可少的條件之一。 a 液相回流b 進料c 側(cè)線抽出d 產(chǎn)品提純 4、在精餾塔中，加料板以上的塔段稱為（ ）。 a 精餾段b 提餾段c 進料段d 混合段 5、某二元混合物，進料量為100 kmol/h，xf = 0.6，要求塔頂xd 不小于0.

10、9，則塔頂最大產(chǎn)量為（ ）。 a 60 kmol/hb 66.7 kmol/hc 90 kmol/hd 100 kmol/h。   6、溶液被加熱到鼓起第一個氣泡時的溫度稱為（ ）溫度。 7、對于二元理想溶液, 若輕組分含量越高, 則泡點溫度（ ）。 8、對于二元理想溶液, x-y圖上的平衡曲線離對角線越近, 說明該物系（ ）。 9、精餾操作中, 回流比的上限稱為（ ）；回流比的下限稱為（ ）。10、設(shè)計一精餾塔時, 回流比選的大，則塔板數(shù)（ ）。 11、對于正在操作中的精餾塔，若加大操作回流比，則塔頂產(chǎn)品濃度會（ ）。 提高   12、完成精餾操作需要哪兩個必要條件? 精

11、餾塔的塔頂和塔底為什么要分別設(shè)置什么設(shè)備？（1）需要塔頂液相回流與塔底上升的蒸氣。（2）需要冷凝器和再沸器。13、精餾操作中，在上限操作時對實際生產(chǎn)有無意義? 一般在什么情況下采用? 在上限操作時，產(chǎn)品量為零，對實際生產(chǎn)無意義，一般在科研、裝置開工期間或緊急停工時采用。 14、什么是理論板? 理論板是指離開這種板的氣液兩相相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻的。 15、設(shè)計一精餾塔時, 進料量對塔板層數(shù)有無影響? 為什么? 進料量對塔板層數(shù)無影響，影響塔板層數(shù)的因素主要有進料和產(chǎn)品的濃度、進料熱狀況以及回流比。   16、將含24%（摩爾百分數(shù)，下同）易揮發(fā)組分的某液體混合物

12、送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含95%易揮發(fā)組分，釜液含3%易揮發(fā)組分。送至冷凝器的蒸氣量為 850 kmol/h，流入精餾塔的回流液為670 kmol/h。求： （1）每小時能獲得多少kmol的餾出液? （2）回流比為多少? （3）塔底產(chǎn)品量? 解：（1）v = l+d，d = v-l = 850-670 = 180 kmol/h （2）r = l/d = 670/180 = 3.72 （3）f = d+w，fxf = dxd+wxw 即 f = 180+w，0.24f = 0.95×180 +（f-180）× 0.03 解得 f = 788.6 kmol/h，w = 7

13、88.6-180 = 608.6kmol/h 17、每小時將15000 kg含苯40%（質(zhì)量%，下同）和甲苯60%的溶液在連續(xù)精餾塔中進行分離，要求釜殘液中含苯不高于2%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%。求餾出液和釜殘液的流量和組成，以摩爾流量和摩爾流率表示。（苯的分子量為78，甲苯的分子量為92） 解：進料組成 釜殘液組成 原料液的平均分子量 mf = 0.44×78 + 0.56×92 = 85.8 kg/kmol 進料量 f = 15000/85.8 = 175 kmol/h 由題意 dxd/fxf = 0.971 所以 dxd = 0.971×175&

14、#215;0.44 （a） 全塔總物料衡算為 d + w = 175 （b） 全塔苯的衡算為 dxd + 0.0235w = 175×0.44 （c） 聯(lián)立式a、b、c，解得 w = 95 kmol/h d = 80 kmol/h xd = 0.935    18、氯仿（chcl3）和四氯化碳（ccl4）的混合物在一連續(xù)精餾塔中分離。餾出液中氯仿的濃度為0.95（摩爾分率），餾出液流量為50 kmol/h，平均相對揮發(fā)度 = 1.6，回流比r = 2。求：（1）塔頂?shù)诙K塔板上升的氣相組成；（2）精餾段各板上升蒸氣量v及下降液體量l（以kmol/h表示）。 氯仿與

15、四氯化碳混合液可認為是理想溶液。 解：（1）由題知，y1 = xd = 0.95，r = 2 由相平衡方程 ， 得 即 由精餾段操作線方程 則 （2）v = l + d，l/d = r，v =（r + 1）d v = 3×50 = 150 kmol/h， l = 2×50 = 100 kmol/h   19、一連續(xù)精餾塔，泡點進料。已知操作線方程如下： 精餾段 y = 0.8 x + 0.172 提餾段 y = 1.3 x 0.018 求原料液、餾出液、釜液組成及回流比。 解：由精餾段操作線方程 ，得 r = 4； ，得 xd = 0.86 將提餾段操作線方程與對

16、角線方程 y = x 聯(lián)立 解得 x = 0.06，即 xw = 0.06 將兩操作線方程聯(lián)立 解得 x = 0.38 因是泡點進料，q = 1，q線垂直，兩操作線交點的橫坐標即是進料濃度， xf = 0.38   20、用一連續(xù)精餾塔分離由組分a、b所組成的理想混合液。原料液中含a 0.44，餾出液中含a 0.957（以上均為摩爾分率）。已知溶液的平均相對揮發(fā)度為2.5，最小回流比為1.63，說明原料液的熱狀況，并求出q值。 解：采用最小回流比時，精餾段操作線方程為 即 由相平衡方程 ， 得 聯(lián)立兩方程 ， 解得 x = 0.367，y = 0.592 此點坐標（0.367，0.592）即為（xq，yq）。 因 xf = 0.44，即xqxfyq，說明進料的熱狀況為氣液混合進料。 由q線方程 ， 此線與平衡線的交點即是操作線與平衡線的交點 有 解出 q = 0.676  21、今有含苯40%和甲苯60%(摩爾百分數(shù)，下同)的混合液, 欲用精餾塔分離出含苯95%的塔頂產(chǎn)品。進料為飽和液體, 塔內(nèi)平均相對揮發(fā)度為2.5。若操作回流比取為最小回流比的1.5倍, 寫出精餾段操作線方程。此溶液可視為理想溶液。 解：因是泡點進料，xq = xf 由相平衡方程 最小回流比 回流比 r = 1.5rmi